物质能量传输“流”本质视角下的教学指引及案例分析*

丁继昭 薛 璐

（1.东北师范大学 地理科学学院,吉林 长春 130024; 2.东北师范大学 教师教育研究院,吉林 长春 130024;3.长春市十一高中,吉林 长春 130013）

客观世界主要以景观的形式呈现于个体的视域中。从认知心理过程的角度讲，人最先感知到真切的实物景观，进而在头脑中形成认识表象。同时，视觉感知作为地理探究的基础，通过环境感知、空间概括，可以有效培养学生地理思维。[1]一位地理素养较好的个体在看现实世界时会超越普通意义的映像，将其看成一个关于地理物质能量的世界。因此，如何从现实世界中的具象地理景观转换到学生的抽象地理认知，则是地理教学中的一个重要任务。基于物质能量传输“流”的本质视角，[2]可以为高中自然地理教学提供哪些指向性要求？本文试做探讨，以期抛砖引玉。

一、把直观看到的事物抽象归纳为相应层次的地理物质能量

现实中的群山、河水、湖泊、土壤、泥沙、森林等是基本的景观组分，但认识不能总停留于景观实物层面，推进地理学习和发展地理素养的关键则是从日常感性认识上升到地理学科思维理性认识的高度。教学过程中引导学生沿着物质能量方向，把直观看到的地理事物归纳为相应层次的地理物质能量，即将如森林、河水、平原等事物分别准确地概括为植被、水文和地形等地理要素，从具体事物的认知上升到地理要素层次。再如，把具象的流水、煤炭、阳光等抽象为重力能、内能和太阳辐射能等，进而再连接到地表系统中的内力和外力作用等。结合具体内容（案例1），详细阐述“引导学生把直观看到的事物归纳为相应层次的地理物质能量”教学指引及其应用。

案例1 下图为一张自然景观照片，找出照片中主要事物，如山、云、山顶积雪、河流、草、树木等（见图1）。

图1 自然景观

该案例出自2019年新修订的人教版高中必修《地理一》第24页（第一章第四节末尾的“活动”部分），通过图1自然景观图引导学生认识大气圈、水圈、生物圈和岩石圈及其相互关系，具体安排了3个问题。在此仅选取其中的第一个问题“找出照片中主要事物，如山、云、山顶积雪，河流、草、树木等”展开分析。

实际教学中，不少教师看到这个问题以后表示疑惑：“为什么要设计‘看图找物’这一问题？”经过多次磨课和讨论，相当一部分教师也在为此不断进行探索和反思：“教科书既然严肃、正式地让高中生从照片中找寻山、云、河流等主要事物，一定有其内在意图。”

高中生已经具备较丰富的认知经验和较成熟的理性思维，该问题的设置显然不只是简单的“看图找物”。问题中所要求的山、云、树木等是主要的地理事物，是自然地理环境（自然地理系统或地球表层系统）中的重要组成部分，更进一步说，它们属于地理物质能量的重要组成部分。在教科书内容分析和教学设计中，教师需要带着从具体到抽象的认识思路，从实体景观中辨识地理物质和能量本质，有效提取和整理地理信息，为学生接下来的思维过程提供加工“原料”。

教学中立足于自然地理环境这一空间背景，从物质能量流的视角重新审视这些“常见”事象，应对这一类问题时则都可以地理的眼光发现其独特的“学科属性”，抓住其物质能量本质特征。同时，还要及时向学生点明：看图找物时，需要用自然地理环境的基本意识、概念和思维，瞄准地理物质能量本质属性，不能单纯地针对物找物或者是毫无章法地随意寻找，注意从地理的角度把握看图找物活动的逻辑起点、思维路径和任务指向。地理物质能量作为抽象概念，一开始就直接灌输给学生显然不符合学生的一般认知规律，也与突出过程与方法的课程与教学理念相悖。诸如此类内容的教学，则可以先借助景观实物、图片或其他能够表征实物形象的工具来铺垫，然后朝着物质能量的方向抽象概括，形成相应的物质能量概念。

苏联教育学家赞科夫的教学论思想曾指出，自然科学的教学工作通常要强调有条理且精确地认识大自然的表象及其概念。[3]同时，人们主要通过概念发展思维，因为思维若想向深处发展则必须借助概念。因此，从诸多地理事物中认识其物质能量本质属性及其概念表达，有助于理性地简化现实世界，进一步认清现实世界的本质，发展抽象思维。从学科核心素养养成的角度说，这也是在为培养学生的综合思维提供关于地理要素的现实素材和认知加工“原料”。

二、引导学生运用学科逻辑建构起基本的物质能量概念体系

知识繁多复杂和学生发展需要的矛盾，是知识建构的重要驱动来源之一。当找到了其中具体的物质能量组分后，如何对这些物质能量做出有条理、有秩序的把握？在此基础上如何形成基本的概念体系？这不仅涉及概念整合与逻辑建构，还关乎学生通过地理学习养成相应地理学科思维方式的重要基础。同时，逻辑是一切思考的基础，任何学科知识的建构过程都离不开学科逻辑的内在指引。物质能量体系作为对诸多地理事物的理性认识和抽象概括，是理解相关知识概念的基本前提。沿着这个方向往前推进，物质能量传输“流”本质视角对于自然地理教学的又一个指向性要求则是：引导学生运用学科逻辑建构起基本的物质能量概念体系。

对于诸多地理物质，可以根据相应的学科思维逻辑建立起物质体系。基于“地理圈层→地理要素→化合物→元素”的物质体系认知路线，从地理圈层到化学元素，空间尺度逐渐从宏观趋向微观，物质呈现在我们面前的“分辨率”越来越大，所能够实现的认识精度则越来越高。教学中依照“地理圈层→地理要素→化合物→元素”线索，引导学生有效建立地理物质能量体系，掌握基本概念。2019年新修订的其他版本高中地理教科书内容在编制时也比较关注这一点。例如，湘教版地理《选择性必修1》第二章第一节（教科书第22页）就比较明显，结合“矿物”这一内容详细做一阐释（见图2）。

图2 “矿物”湘教版教科书内容页面

对于“矿物是……天然化合物或单质。矿物具有相对固定的化学成分和确定的晶体结构……是组成岩石的基本单元”这一内容，在磨课中发现很多教师对此并不关注，往往是一带而过或对其不做强调，普遍认为“这是一个比较基础性的内容且与化学课所学内容存在一定程度的重复”“矿物的这些说明比较微观，也与地理学的综合性特点距离较远”。笔者在研究过程中也采访了几位职前教师，主要是地理师范生和学科教学（地理）方向的硕士研究生。他们在分析教科书时也没有对该内容过多关注，甚至还认为：“《普通高中地理课程标准（2017年版）》中并无对于矿物的相关要求，教材中的这些内容是否‘超标’，教学中不必要过多关注或不作为重点也行”。通过教师对这些内容的反馈，笔者又查阅了其他几个版本的教科书，发现2019年中图版《选择性必修1》在教科书第二章第二节的“阅读”当中也对矿物做了说明。

实际上，这里从矿物到化合物再到单质，表面上看是空间尺度在不断缩小，深层次上则是对物质体系认识的深化。同时，又从基本单元的角度表征出了矿物和岩石之间的关系，体现了课程内容对于岩石圈物质概念体系完整性的说明。所以，教学中不管采用什么样的方法，如观察、演示、展示、实验等，或者结合各种技术，关键则是运用地理学科的物质体系思维或视角来设计和主导教学方法或手段，把岩石圈、岩石、矿物、化学元素等的层级体系梳理清楚。否则，容易导致对其中的“化合物”“单质”“元素”等的地位或意义认识不准确，与前面已经学过的“岩石圈”“地壳”和“地形”等相关内容之间的地理学科内在逻辑关联产生割裂，弱化了相应的教育价值。具体可以透过案例2具体分析地理物质能量概念体系的构建。为了案例分析的连续性，继续运用前述“活动”，承接案例1中的问题，在此基础上推进案例2的教学。

案例2 将地理圈层作为主要事物分类。

将找出的事物（案例1中所提及的山、云、山顶积雪、河流、草、树木等）按照大气圈、水圈、生物圈和岩石圈进行分类。

教科书在阐述自然环境时着重突出了“大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透”，由此可以看出，从四大圈层角度理解自然环境是地理学科的一个重要视角，体现了地理学科“划分”和建构自然环境的内在逻辑。该案例的主要任务是对找出的事物进行分类，分类标准为四个地理圈层。四大圈层作为建构物质概念体系的基础，不仅是地理物质体系的认知指引，还是统摄诸多物质概念的主线索和“骨架”，更是地理学科逻辑的概括和体现。引导学生结合已有认知经验基础，把云归结到大气圈中，把山顶积雪、河流和洼地积水等归结到水圈中，把草、树木归结到生物圈中，把山、土壤和岩石等归结到岩石圈中，有利于准确掌握其中的对应关系。学生准确对这些主要的地理事物进行归类，可以充分理解地理圈层系统认知框架，清楚具体事物在地理物质能量群中的“位置”或“坐标”，进而通过地理圈层物质逻辑思维构建基本概念体系，为教学中培养综合思维素养提供经验支持。

三、引导学生运用动态视角从事物联系中认识物质能量“流”

物质能量传输作为地理过程和地理联系的本质，准确把握物质能量传输相当于地理教学朝向相关内容的地理本质更近了一步。通常，物质能量传输不仅是对水、岩石、土壤、植被等地理事物的归纳概括，而且还是动态层面上的物质流和能量流，这是在动态视角下对物质能量传输的一种抽象认识。物质能量传输“流”本质视角对于自然地理教学的一个指向性要求是：引导学生运用动态视角从事物联系中认识物质能量“流”。

在探究案例1和案例2的基础上探讨案例3（3个案例恰好是“活动”中的3个问题）。

案例3 思考各事物（山、云、山顶积雪、河流、草、树木等）之间的联系。

从表面上看，案例3主要引导学生学会思考地理事物之间的联系，河流与草、山与河流之间的联系等，属于分析、推理层面上的要求，与观察和寻找等行为要求不同。由于课程内容在编制时尤为强调学习任务之间的连续性和发展性，因而不妨先回顾前序问题：找出主要事物和对事物进行分类。“找出”和“分类”，比较侧重静态层面上的观察和分类，而“思考联系”则较侧重认知物质间相互联系的动态过程。所以，学生根据对前两个问题的既有认知再来思考各事物间的联系，将其进一步抽象到物质能量“流”的认识层次上。指向学科核心素养的教和学不是一些“白话”或“非地理的语言”的沟通，而是从具象的地理事物到专业化的地理概念的学科思维过程，及其在教师、学生和课程内容之间的深层对话。教学时需要把事物之间的联系概念化、地理化，运用物质能量辨识和按圈层分类，以动态视角进阶到地理要素之间和地理圈层之间的物质能量流传输过程，从复杂、丰富的事物联系中认识到“流”的存在及其意义。

“地理学存在的理由在于综合”。[4]从思维养成和认识发展来说，教学中关注具体地理事物间的相互关系极为重要，这是引导学生认识学科的综合性与综合认识世界的需要，也是发展学生地理综合思维素养的需要。例如，在认识山地与河流之间的相互关系时，可以从山地和河流抽象到地形和水文两大地理要素层面，然后分析地理要素之间的相互关系，再将地理要素间相互作用上升到圈层相互作用，最终达到地理物质能量“流”的认识。反之，学生从自然地理环境到自然地理要素，再到具体自然环境组成部分之间的作用联系，依托物质运动和能量转化等过程能够不断具体、深入了解自然地理过程，通过从圈层、要素、化合物、元素等具体层面，引导学生从地理要素之间、地理区域之间具体联系的感性觉察中上升到理性认识层面。再如，在教学气候与水文之间的相互关系时，可以遵循物质能量传输的思路，把大气降水和水汽蒸发等物质组分和能量构成进一步具体化、显性化；在教学地貌与气候的影响时，遵循物质能量传输的思路，把地形的起伏与大气的运动，海拔高度与气温、降水等的变化联系起来，进而阐明其中具体的影响机制和过程。

综上，从“流”本质的角度认识物质能量传输，这一视角既具有具象性又具有抽象性。具象是因为自然界的各种物质和能量均客观存在，可以进行直接或间接的观察或测量，有关的本质属性较为明显；抽象是因为面对各种物质和能量在运动过程中的各种作用时，可以用“流”来把握其运动过程，这比较侧重于认识论层面上的抽象概括。